Wissenschaftler bestimmen Kristallstruktur des Lichtrezeptors Rhodopsin
Wissenschaftler bestimmen Kristallstruktur des Lichtrezeptors Rhodopsin Ein internationaler Verbund unter Konstanzer Beteiligung konnte erstmals die Kristallstruktur des Lichtrezeptors Rhodopsin im Komplex mit seinem G-Protein, Arrestin, sichtbar machen. Die Forschungsergebnisse dieser weltweiten Zusammenarbeit von 72 Forschern wurden von der renommierten Fachzeitschrift Nature in Band 523 (Seite 561–567) publiziert.
Rhodopsin ist ein Protein, das eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung von Lichtreizen im menschlichen Auge spielt. Es ist Mitglied der Superfamilie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR), die mit mehr als 1.000 verschiedenen Mitgliedern eine der größten Proteinfamilien darstellt. GPCRs sind für die Verarbeitung von Licht-, Geruchs-, Geschmacks- und einer Vielzahl von anderen Reizen verantwortlich und haben wichtige physiologische Funktionen, da sie extrazelluläre Signale über die Zellmembran hinweg an intrazelluläre Stoffwechselwege weitergeben, indem sie sogenannte G-Proteine (im Fall von Rhodopsin ist dies Arrestin) aktivieren.
Die Kenntnis der 3D-Struktur von Proteinen ist entscheidend, um die Zusammenhänge zwischen der Struktur und der Funktion eines Proteins zu verstehen, und bildet eine wichtige Voraussetzung für die gezielte Entwicklung von Arzneistoffen. In der modernen Medizin nehmen GPCRs eine Schlüsselposition ein: Rund 40 Prozent aller verschreibungspflichtigen Medikamente, die derzeit auf dem Markt sind, wirken auf GPCRs oder ihre G-Proteine ein. Dazu gehören unter anderem Betablocker, Neuroleptika, Antihistaminika und Opioide.
Lange Zeit konnte die Struktur von GPCRs nur anhand der Analogie zur bekannten Struktur eines bestimmten GPCRs, des Bakteriorhodopsins, vorausgesagt werden. Dessen dreidimensionale Strukturaufklärung gelang im Jahr 2000 mit Hilfe der Röntgenstrukturanalyse. Bei der aktuellen Studie wurden verschiedene Verfahren verwendet, um die Kristallstruktur sichtbar zu machen: Röntgenkristallographie, Elektronenmikroskopie, Elektronenresonanz-Spektroskopie, Massenspektrometrie und eine Vielzahl von anderen biophysikalischen Methoden.
Seitens der Universität Konstanz beteiligte sich Prof. Dr. Kay Diederichs, Professor für Molekulare Bioinformatik, an der aktuellen Studie. Diederichs entwickelt neuartige bioinformatische und kristallographische Verfahren. Diese trugen bei der vorliegenden Studie dazu bei, die Struktur der Proteine zu bestimmen.